一种实现直流钻机游车软停止的装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种实现直流钻机游车软停止的装置，包括在钻机游车预警高度位置安装有电子防碰装置，电子防碰装置和游车上的电磁涡流刹车之间设置软停控制器，软停控制器同时与可控硅触发控制单元和司钻控制器信号连接，可控硅触发控制单元通过可控硅与电磁涡流刹车本体信号连接，电磁涡流刹车本体与绞车滚筒控制连接。本发明还公开了一种实现直流钻机游车软停止的方法。本发明能有效降低游车速度，避免在防碰高度位置盘刹刹车带来的巨大冲击，保护了钻具，提高了钻井效率。
【专利说明】一种实现直流钻机游车软停止的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于石油天然气装备制造【技术领域】，涉及一种实现直流钻机游车软停止的装置，本发明还涉及一种实现直流钻机游车软停止的方法。
【背景技术】
[0002]石油钻井过程中，面对频繁的起下钻作业，司钻稍有不慎，很容易发生上碰、下砸事故。目前直流钻机上配套的电子防碰装置，虽然能有效防止上述事故，但是这种使游车停止的方法有很大弊端。当游车行至预警高度点时，电控系统得到指令，虽然切断了主电机的电源，但靠电机的惯性和自重，它仍会以高速继续运行，直到行至刹车高度点时，盘刹会直接刹死滚筒，使整个游车急停。这个过程，中间缺少缓冲，游车的加速度会很大，停止瞬间会对整个系统造成很大的冲击，此时钻井钢丝绳摆动幅度也会较大，面对复杂的井下工况，极易发生钻具折断等事故。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种实现直流钻机游车软停止的装置，解决了现有技术中由于设计不科学，造成刹车冲击大，钻机游车停车不平稳，容易导致设备损坏的问题。
[0004]本发明的另一目的是提供一种实现直流钻机游车软停止的方法。
[0005]本发明所采用的技术方案是，一种实现直流钻机游车软停止的装置，包括在钻机游车预警高度位置安装有电子防碰装置，电子防碰装置和游车上的电磁涡流刹车之间设置软停控制器，软停控制器同时与可控硅触发控制单元和司钻控制器信号连接，可控硅触发控制单元通过可控硅与电磁涡流刹车本体信号连接，电磁涡流刹车本体与绞车滚筒控制连接。
[0006]本发明所采用的另一技术方案是，一种实现直流钻机游车软停止的方法，利用上述的装置，按照以下步骤实施:
[0007]当钻机游车到达预先设定上预警高度位置时，电子防碰装置输出一路开关量信号给软停控制器，软停控制器的继电器控制单元中的常开触点Kdl闭合，此时中间继电器线圈Kl得电，电压输出电路中的常开触点Kll闭合，接触器线圈KMl得电，于是变压器Tl副边的KMll闭合，Tl自动投入，将220V交流电变成16V交流电送给电磁涡流刹车的可控硅触发控制单元，可控硅触发控制单元去触发可控硅，可控硅向电磁涡流刹车本体输出直流电压，随着绞车的转动，在其绕组中产生对绞车滚筒的制动力矩，从而降低了游车的上升速度；
[0008]当钻机游车到达预先设定的下预警高度位时置时，电子防碰装置输出一路开关量信号给软停控制器，软停控制器的继电器控制单元中的常开触点Kd2闭合，此时中间继电器线圈Kl得电，电压输出电路中的常开触点Kll闭合，接触器线圈KMl得电，于是变压器Tl副边的KMll闭合，Tl自动投入，将220V交流电变成16V交流电送给电磁涡流刹车的可控硅触发控制单元，可控硅触发控制单元去触发可控硅，可控硅向电磁涡流刹车本体输出直流电压，随着绞车的转动，在其绕组中产生对绞车滚筒的制动力矩，从而降低了游车的下降速度。
[0009]本发明的有益效果是:借助软停控制器SSCE，使直流钻机辅助刹车(电磁涡流刹车)与电子防碰装置巧妙配合工作，当游车行至预警高度位置时，通过外部特定的控制装置(软停控制器SSCE)向辅助刹车(电磁涡流刹车)控制单元发送控制指令，使其自动投入运行，对游车进行刹车，降低其运行速度，能减少紧急刹车瞬间产生的冲击，有力地减少了盘刹刹车造成的冲击，实现游车的软停止，有效保护钻具，确保钻井作业正常进行。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本发明装置的控制结构框图；
[0011]图2是本发明装置中的软停控制器SSCE工作原理框图；
[0012]图3是本发明装置中的电源模块原理图；
[0013]图4是本发明装置中的继电器控制单元原理图；
[0014]图5是本发明装置中的电压输出电路原理图；
[0015]图6是本发明装置中的司钻控制器原理图。
[0016]图中，1.电子防碰装置，2.软停控制器，3.可控硅触发控制单元，4.可控硅，5.电磁涡流刹车本体，6.绞车滚筒，7.司钻控制器，8.电源模块，9.继电器控制单元，10.电压输出电路。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0018]参照图1，本发明装置的结构是，包括在钻机游车预警高度位置安装有电子防碰装置1，电子防碰装置I和游车上的电磁涡流刹车之间设置软停控制器2 (英文缩写为SSCE)，软停控制器2同时与可控硅触发控制单元3和司钻控制器7信号连接，可控硅触发控制单元3通过可控硅4与电磁涡流刹车本体5信号连接，电磁涡流刹车本体5与绞车滚筒6控制连接。其中的可控娃触发控制单元3、可控娃4、电磁祸流刹车本体5、司钻控制器7 —起称为电磁涡流刹车(部分)。
[0019]本发明装置的控制原理是，当游车行至预警高度位置时，电子防碰装置I向软停控制器2输入一路信号，软停控制器2向电磁涡流刹车中的可控硅触发控制单元3输出一路信号，同时也向电磁涡流刹车的司钻控制器7输出另一路信号，保证软停控制器2工作时，电磁涡流刹车的司钻控制器7不再起控制作用；系统末端的电磁涡流刹车本体5对绞车滚筒6施加刹车，实现对其的制动。
[0020]电子防碰装置I是电动钻机配套的能预防游车上碰天车、下砸转盘的保护装置，可以预先设定上碰、下砸预警点和刹车点高度值。
[0021]参照图2，软停控制器2的内部结构是，包括电源模块8，电源模块8同时与继电器控制单元9、电压输出电路10连接，电源模块8与外接的供电电源220VAC连接，一路输入来自电子防碰装置I的信号，两路输出至电磁涡流刹车的刹车信号。
[0022]参照图3，电源模块8的结构是，1#端子、2#端子与电源220VAC连接，一路是，1#端子、2#端子对应通过3#端子、4#端子与电压输出电路10连接，直接输出220VAC给电压输出电路10供电；另一路是，1#端子、2#端子对应通过整流装置Vl后通过5#端子、6#端子与继电器控制单元9连接，将220VAC转化成24VDC后给继电器控制单元9供电。
[0023]参照图4，继电器控制单元9的结构是，5#端子、6#端子一侧连接24VDC供电电压，在5#端子与6#端子的另一侧，5#端子与Kdl、Kd2组成的并联电路一端连接，KdU Kd2分别来自电子防碰装置I的上、下预警位置感应开关的常开开关量信号，Kdl、Kd2组成的并联电路另一端与刹车解除常闭开关S1、中间继电器线圈Kl依次串联，中间继电器线圈Kl接回6#端子。
[0024]参照图5，电压输出电路10的结构是，在3#端子、4#端子一侧的输入供电电压为220VAC ;在3#端子与4#端子另一侧设置有主回路和支路，主回路中3#端子依次通过继电器Kl的常开触点Kll及交流接触器线圈KMl串联接回4#端子，支路中，继电器Kl的常开触点Kll输出端通过变压器Tl原边接回4#端子，Tl的副边与交流接触器线圈KMl的主触点KMll对应连接，变压器Tl的作用是将220VAC变成16VAC。
[0025]参照图6，司钻控制器7的结构是，3#端子与4#端子的供电电压为220VAC，3#端子与4#端子与差动变压器B2原边连接，差动变压器B2的副边连接23#端子与24#端子，23#端子与24#端子的供电电压为OVAC?16VAC，即通过差动变压器B2将220VAC变成OVAC?16VAC可调电压；同时，差动变压器B2的副边与23#端子之间串接有交流接触器线圈KMl的常闭触点KM12，作用是保证软停控制器2工作时，电磁涡流刹车的司钻控制器7的差动变压器B2的副边是断开的，没有电压输出。
[0026]可控硅触发控制单元3、可控硅4、电磁涡流刹车本体5、司钻控制器7属于电磁涡流刹车的组成部分。常规作业时，电磁涡流刹车工作时通过人为手动扳动司钻控制器，向可控硅触发控制单元输出O?16V交流电压，去改变可控硅的导通角，也就改变了整流桥输出电压和电磁涡流刹车励磁电流的大小，从而实现了对绞车滚筒的制动力矩的调节。
[0027]刹车解除开关SI，能随时切断电子防碰装置I向软停控制器2的输出信号，解除电磁涡流刹车。
[0028]本发明的方法，利用上述的装置，通过电子防碰装置I在游车上、下预警位置点的感应开关输出的开关量控制信号，使软停控制器2开始工作，软停控制器2向电磁涡流刹车(钻机辅助刹车)中的可控硅触发控制单元3发出控制指令，电磁涡流刹车动作，对游车进行减速刹车。具体实施过程是:
[0029]当钻机游车到达预先设定上预警高度位置时，电子防碰装置I输出一路开关量信号给软停控制器2，软停控制器2的继电器控制单元9中的常开触点Kdl闭合，此时中间继电器线圈Kl得电，电压输出电路10中的常开触点Kll闭合，接触器线圈KMl得电，于是变压器Tl副边的KMll闭合，变压器Tl自动投入，将220V交流电变成16V交流电送给电磁涡流刹车的可控硅触发控制单元3，可控硅触发控制单元3去触发可控硅4，可控硅4向电磁涡流刹车本体5输出直流电压，随着绞车的转动，在其绕组中产生对绞车滚筒6的制动力矩，从而降低了游车的上升速度；
[0030]当钻机游车到达预先设定的下预警高度位时置时，电子防碰装置I输出一路开关量信号给软停控制器2，软停控制器2的继电器控制单元9中的常开触点Kd2闭合，此时中间继电器线圈Kl得电，电压输出电路10中的常开触点Kll闭合，接触器线圈KMl得电，于是变压器Tl副边的KMll闭合，变压器Tl自动投入，将220V交流电变成16V交流电送给电磁涡流刹车的可控硅触发控制单元3，可控硅触发控制单元3去触发可控硅4，可控硅4向电磁涡流刹车本体5输出直流电压，随着绞车的转动，在其绕组中产生对绞车滚筒6的制动力矩，从而降低了游车的下降速度。
【权利要求】
1.一种实现直流钻机游车软停止的装置，其特征在于:包括在钻机游车预警高度位置安装有电子防碰装置(1)，电子防碰装置(1)和游车上的电磁涡流刹车之间设置软停控制器(2)，软停控制器(2)同时与可控硅触发控制单元(3)和司钻控制器(7)信号连接，可控硅触发控制单元(3)通过可控硅(4)与电磁涡流刹车本体(5)信号连接，电磁涡流刹车本体(5)与绞车滚筒(6)控制连接。
2.根据权利要求1所述的实现直流钻机游车软停止的装置，其特征在于:所述的软停控制器⑵的内部结构是，包括电源模块(8)，电源模块⑶同时与继电器控制单元(9)、电压输出电路(10)连接，电源模块⑶的结构是，1#端子、2#端子与电源220VAC连接，一路是，1#端子、2#端子对应通过3#端子、4#端子与电压输出电路(10)连接，直接输出220VAC给电压输出电路(10)供电；另一路是，1#端子、2#端子对应通过整流装置VI后通过5#端子、6#端子与继电器控制单元(9)连接，将220VAC转化成24VDC后给继电器控制单元(9)供电。
3.根据权利要求2所述的实现直流钻机游车软停止的装置，其特征在于:所述的继电器控制单元(9)的结构是，5#端子、6#端子一侧连接24VDC供电电压，在5#端子与6#端子的另一侧，5#端子与Kdl、Kd2组成的并联电路一端连接，Kdl、Kd2分别来自电子防碰装置(1)的上、下预警位置感应开关的常开开关量信号，Kdl、Kd2组成的并联电路另一端与刹车解除常闭开关S1、中间继电器线圈K1依次串联，中间继电器线圈K1接回6#端子。
4.根据权利要求2所述的实现直流钻机游车软停止的装置，其特征在于:所述的电压输出电路(10)的结构是，在3#端子、4#端子一侧的输入供电电压为220VAC ;在3#端子与4#端子另一侧设置有主回路和支路，主回路中3#端子依次通过继电器K1的常开触点K11及交流接触器线圈KM1串联接回4#端子，支路中，继电器K1的常开触点K11输出端通过变压器T1原边接回4#端子，T1的副边与交流接触器线圈KM1的主触点KM11对应连接，变压器T1的作用是将220VAC变成16VAC。
5.根据权利要求2所述的实现直流钻机游车软停止的装置，其特征在于:所述的司钻控制器(7)的结构是，3#端子与4#端子的供电电压为220VAC，3#端子与4#端子与差动变压器B2原边连接，差动变压器B2的副边连接23#端子与24#端子，23#端子与24#端子的供电电压为0VAC?16VAC，即通过差动变压器B2将220VAC变成0VAC?16VAC可调电压；同时，差动变压器B2的副边与23#端子之间串接有交流接触器线圈KM1的常闭触点KM12，作用是保证软停控制器(2)工作时，电磁涡流刹车的司钻控制器(7)的差动变压器B2的副边是断开的，没有电压输出。
6.一种实现直流钻机游车软停止的方法，其特征在于，利用权利要求1-5所述的装置，按照以下步骤实施: 当钻机游车到达预先设定上预警高度位置时，电子防碰装置(1)输出一路开关量信号给软停控制器(2)，软停控制器(2)的继电器控制单元(9)中的常开触点Kdl闭合，此时中间继电器线圈K1得电，电压输出电路(10)中的常开触点K11闭合，接触器线圈KM1得电，于是变压器T1副边的KM11闭合，T1自动投入，将220V交流电变成16V交流电送给电磁涡流刹车的可控硅触发控制单元(3)，可控硅触发控制单元(3)去触发可控硅(4)，可控硅(4)向电磁涡流刹车本体(5)输出直流电压，随着绞车的转动，在其绕组中产生对绞车滚筒(6)的制动力矩，从而降低了游车的上升速度； 当钻机游车到达预先设定的下预警高度位时置时，电子防碰装置(1)输出一路开关量信号给软停控制器(2)，软停控制器(2)的继电器控制单元(9)中的常开触点Kd2闭合，此时中间继电器线圈K1得电，电压输出电路(10)中的常开触点K11闭合，接触器线圈KM1得电，于是变压器T1副边的KM11闭合，T1自动投入，将220V交流电变成16V交流电送给电磁涡流刹车的可控硅触发控制单元(3)，可控硅触发控制单元(3)去触发可控硅(4)，可控硅(4)向电磁涡流刹车本体(5)输出直流电压，随着绞车的转动，在其绕组中产生对绞车滚筒(6)的制动力矩，从而降低了游车的下降速度。
【文档编号】E21B44/00GK104500024SQ201410764019
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月11日 优先权日:2014年12月11日
【发明者】朱永庆, 张彦伟, 田德宝, 李立新, 张益
申请人:宝鸡石油机械有限责任公司